II. rész. Aktív eszközök
6. Diódák és Zener-diódák
6.1.1. Félvezető dióda jelleggörbéjének felvétele
6.1.1.1. A mérési feladat
1) Germánium dióda nyitóirányú jelleggörbéjének felvétele.
2) Szilícium dióda nyitóirányú jelleggörbéjének felvétele 3) Germánium dióda záróirányú jelleggörbéjének felvétele 4) Szilícium dióda záróirányú jelleggörbéjének felvétele
6-8. ábra
A 6-8. ábrán egy ideális dióda és egy valóságos dióda jelleggörbéje látható. Az ideális diódának nyitóirányban 0, záróirányban végtelen nagy ellenállása van. A valóságos dióda ezt a jelleggörbét jól vagy kevésbé jól közelíti, mely több tényezőtől függ. Leglényegesebb té-nyező a dióda alapanyaga.
A dióda nyitóirányú küszöbfeszültsége az az érték, amely értéknél feszültség növelés hatására a dióda nyitóirányú árama hirtelen elkezd növekedni, 6-8. ábra: UK.
A nyitóirányú és záróirányú jelleggörbéket kis, illetve nagy értékű ellenállásnak V-A mérős módszerrel való mérésével kell felvenni
6-9. ábra
Emlékeztetünk rá, hogy ha az ellenállás kicsi, azaz a dióda nyitóirányban van igénybe véve, a 6-9. ábra bal oldala szerint kell mérnünk.
V
+
A-
V
-
A+
Nyitó irány Záró irány
UK
Nyitóirány
Záróirány Ideális dióda
U I
valóságos dióda
A voltmérő belső ellenállása ugyanis nagyságrendekkel nagyobb, míg az ampermérő belső ellenállása összemérhető a mért „ellenállással”.
Nagy értékű ellenállás esetén viszont, ami a dióda záró irányú igénybevételekor van, a helyes módszer a 6-9. ábra jobb oldala szerinti.
6.1.1.2. A mérés menete
o A 6-10. ábra alapján a rendelkezésre álló műszerek, panel és R változ-tatható ellenállás segítségével állítsa össze a jelleggörbék felvételére alkalmas kapcsolást! A panelon lévő ellenállás a dióda védelmét szol-gálja.
6-10. ábra
o Az 1. és 2. feladathoz a kívánt diódát kötjük be és a voltmérőt a 6-9.
ábra bal oldala szerint.
o A 3. és 4. feladathoz a tápfeszültség polaritását felcseréljük és a volt-mérőt a záróirányú mérésnek megfelelően a 6-9. ábra jobb oldala sze-rint kötjük be.
o Az alkalmazott Si dióda záróirányú árama olyan kicsi lehet, hogy az a rendelkezésre álló műszerekkel esetleg nem mérhető.
o A záróirányú mérés során egyes Ge diódák melegedhetnek, ami az áram lassú növekedését eredményezheti. A mérést a lehető leggyorsab-ban kell elvégezni!
6.1.1.3. Alkalmazott eszközök:
o Az áram méréshez GANZUNIV 3 mutatós univerzális műszer
o A feszültség méréshez digitális univerzális műszer vagy GANZUNIV 2 elektronikus univerzális műszer
o Mérőpanel diódákkal és ellenállásokkal.
o 10 k ellenállású potencióméter.
6.1.1.4. Értékelés
o Ábrázolja a felvett jelleggörbéket!
o Szokás a nyitóirányú és záróirányú jelleggörbét egy koordináta-rendszerben ábrázolni úgy, hogy az I. sík negyed U-I léptéke eltér a III.
sík negyedétől.
1,5 k
Si záró
12 V=
- +
V A
Ge (+)
(-)
Ge
o Értékelje, hogy a különböző anyagú diódák hogyan közelítik az ideális
o Határozza meg a diódák nyitóirányú küszöbfeszültségeit!
6-11. ábra
6.1.2. Zener-dióda jelleggörbéjének felvétele és alkalmazása fe-szültség-stabilizátorként
6.1.2.1. A mérési feladat
1) A Zener-dióda nyitóirányú jelleggörbéjének felvétele 2) A Zener-dióda záróirányú jelleggörbéjének felvétele 3) A Zener-diódás feszültség-stabilizátor építése és vizsgálata 6.1.2.2. Elméleti ismeretek
Előadási jegyzetből:
o a Zener-dióda jelleggörbéje
o a Zener-diódás feszültség-stabilizátor 6.1.2.3. A mérés menete
A 6-12. ábra a mérés elvi kapcsolása. A
1) 6-13. ábra alapján a rendelkezésre álló műszerek, a mérőpanel és a változtatha-tó ellenállás segítségével állítsa össze a kapcsolást!
6-12. ábra
6-13. ábra
o A potenciométer segítségével növelje a zener dióda nyitóirányú áramát nullától a max. értékig és 6-8 pontban mérje meg az összetartozó áram és feszültség értékeket.
Módosítsuk a kapcsolást a
2) 6-13. ábra alapján a rendelkezésre álló műszerek, mérőpanel és a változtatható ellenállás segítségével!
o A potenciométer segítségével növelje a zener dióda záróirányú áramát nullától a max. értékig és 6-8 pontban mérje meg az összetartozó áram és feszültség értékeket. A mérés során a Zener-dióda záróirányú ára-mának értéke egy adott UZ értékig közel zérus értékű marad, majd gya-korlatilag állandó UZ érték mellett növekszik. A mérés során ügyeljen arra, hogy az UZ-IZ karakterisztikában ezt a sarokpontot ki tudja mérni.
FIGYELEM! A sarokpont elérése után a kapcsolást ismét módosítsa a
o 6-13. ábra szerint!
o Készítsen táblázatot a mért adatokhoz:
Mérés IZ [A] UZ [V]
1.
2.
3) A 6-14. ábra a mérés elvi kapcsolása. A 6-15. ábra alapján a rendelkezésre álló műszerek, a mérőpanel és a változtatható ellenállás segítségével állítsa össze a feszültség stabilizáló kapcsolást!
6-14. ábra
6-15. ábra
o A potenciométer segítségével változtassa a stabilizátor bemenetére jutó feszültséget (U1) nullától maximális értékig és 8-10 pontban mérje meg az összetartozó feszültség és áram értékeket! A méréshez ampermérő-ként két GANZUNIV-3 típusú univerzális műszer és feszültségmérő-ként két digitális multiméter áll rendelkezésre.
o A két ampermérőt az IZ és It méréséhez használja, az Ie áram e kettő összegéből adódik.
o Az Ue, U1 és Ut különbsége alapján számítható.
o Készítsen táblázatot a mért és számított adatokhoz:
Mérés U1 [V] Ue [V] Ut [V] Ie [A] IZ [A] It [A]
1. (Rt1) 2. (Rt1)
1. (Rt1;2) 2. (Rt1;2)
o A stabilizátor terhelését növelje az Rt1 és Rt2 ellenállás párhuzamos kapcsolásával és ismételje meg a mérést.
6.1.2.4. Alkalmazott eszközök:
o Az áram méréshez GANZUNIV 3 mutatós univerzális műszerek o A feszültség méréshez digitális univerzális műszerek vagy GANZUNIV
2 elektronikus univerzális műszerek
o Mérőpanel Zener-diódával és ellenállásokkal.
o Potenciométer.
24 V=
- +
V A
R
eR
t1R
t2U
tI
ZV
A
I
tU
eU
1I
e6.1.2.5. Értékelés
o Ábrázolja a zener dióda jelleggörbéjét a felvett adatok alapján.
o Ábrázolja mindkét terhelés (Rt1 és Rt1×Rt2) mellett az U1 függvényé-ben az Ue és Ut feszültségeket valamint az Ie, IZ és It áramokat.
o Állapítsa meg azt a bemeneti feszültség tartományt (U1) amelyben az adott zener dióda az adott terhelés mellett a kapcsolás feszültség stabi-lizátorként használható.
o Számítsa ki mindkét terhelés mellett a zener dióda maximális disszipá-ciós teljesítményét.